Kako HIV-1 sastavlja svoje dijelove: novi detalji o interakciji Gag proteina s virusnom RNA

Međunarodni tim znanstvenika sa Sveučilišta Tokushima i Nacionalnog instituta za zarazne bolesti Japana predstavio je u časopisu Frontiers in Microbiology sveobuhvatan pregled molekularnih mehanizama pakiranja virusa humane imunodeficijencije tipa 1 (HIV-1), u kojima ključnu ulogu igra interakcija njegovog strukturnog proteina Gag s genomskom RNA (gRNA).

Što se zna o pakiranju HIV-1?

HIV-1 se sastoji od vanjske ljuske u koju su ugrađeni virusni proteini i unutarnje kondenzirane jezgre koja sadrži dvije kopije njegove genomske RNA. Gag protein, "skelet" virusa, usmjerava cijeli proces sastavljanja nove virusne čestice:

1. Vezanje za membranu: N-terminalna domena matričnog proteina (MA) prepoznaje specifične lipide membrane stanice domaćina i lokalizira Gag na željeno mjesto.
2. Pakiranje gRNA: Regija NC domene (nukleokapsidne domene) Gag-a selektivno interagira s "ψ elementom" na virusnoj RNA, osiguravajući hvatanje točno dva lanca gRNA.
3. Multimerizacija i stvaranje skele: CA (kapsidna) domena potiče stvaranje šesterodimenzionalnih Gag prstenova koji se organiziraju u mladu "rešetku" ispod plazma membrane.
4. Sazrijevanje viriona: Nakon odvajanja od membrane, virusna proteaza „reže“ Gag na zrele komponente (MA, CA, NC i p6), što dovodi do stvaranja infektivnog oblika čestice.

Novi podaci o ulozi interakcija Gag-gRNA

Pregled ističe nekoliko važnih otkrića posljednjih godina:

• Diferencijalno pakiranje različitih oblika RNA. Osim gRNA pune duljine, virion može djelomično uhvatiti subgenomske transkripte, ali upravo dvolančana RNA pune duljine s ψ mjestima osigurava stvaranje cjelovitih čestica.
• Regulacija broja paketa. Broj Gag monomera po formiranju vezikula usko je koordiniran s prisutnošću gRNA: njezina odsutnost dovodi do stvaranja „praznih“ nerealiziranih strukturnih proteina.
• Međudomenska interakcija. Veza između NC i CA domena preklapa se s procesom pakiranja RNA i sastavljanja kapside: najmanje mutacije u NC dovode do nezrelih struktura koje nisu u stanju inficirati nove stanice.

Metode i dokazi

Autori kombiniraju podatke iz krioelektronske mikroskopije, biofizičkih analiza interakcija proteina i RNA te staničnih eksperimenata s mutantnim verzijama Gag-a. Ovi pristupi omogućuju:

• Vizualizirajte konformacijske promjene Gag-a nakon vezanja gRNA.
• Kvantificirati kako različiti ψ-elementi utječu na stabilnost Gag-RNA kompleksa.
• Pokazati smanjenje prinosa zaraznih viriona kada su ključni kontakti poremećeni, potvrđujući njihovu neophodnost.

Terapijske perspektive

Razumijevanje preciznih molekularnih „ključeva i brava“ Gag-gRNA otvara novu granicu u antiretrovirusnoj terapiji:

• Potraga za antagonistima malih molekula. Lijekovi koji sprječavaju vezanje NC domene na ψ elemente mogli bi zaustaviti pakiranje virusa u njegovom nastajanju.
• Razvoj inhibitora peptida. Sintetski fragmenti koji oponašaju ψ mjesto mogu "presresti" Gag prije kontakta s pravom gRNA.
• Kombinirani pristupi. Kombinacije klasičnih inhibitora proteaze i lijekova "za pakiranje" mogu pružiti sinergijski učinak, smanjujući vjerojatnost stvaranja rezistentnih sojeva.

Zaključak

Ovaj rad unapređuje naše razumijevanje završne faze životnog ciklusa HIV-1, pružajući bazu dokaza za inovativne intervencije. Korak po korak, znanstvenici se približavaju pretvaranju pakiranja virusne RNA iz snage u ranjivost, što bi moglo biti važan dodatak postojećim antiretrovirusnim strategijama.